试论砂石含泥量对聚羧酸高性能减水剂性能的影响

刘俊彪

摘要：本文研究了砂石含泥量对掺ＥＹ－１聚羧酸高性能减水剂混凝土性能的影响，通过设计正交试验，考察不同水灰比、含泥量对掺ＥＹ－１聚羧酸高性能减水剂混凝土抗压强度和流动度的影响。结果表明，混凝土抗压强度随含泥量上升有所降低，流动性随含泥量上升而降低，体现了含泥量为２％时，ＥＹ－１聚羧酸高性能减水剂的适应性最好，含泥量超过３％时，含泥量每增加１％，混凝土抗压强度减低约５％—６％。

关键词：砂石含泥量；聚羧酸；高性能减水剂性能；影响

1 聚羧酸高性能减水剂基本概念解析

1.1 减水剂解析

减水剂从问世以来总共经历了三次变化。最初减水剂种类较少，相应的功能不丰富，减水能力也较差，主要是利用木质素作为基本成分形成的，虽然有减水作用，但是收效甚微，不仅不能发挥自身的优势，反而会延误工期，造成大量的资源浪费。第二代的减水剂在第一代的基础上进行转型，利用相对来说较为成熟的工艺，利用氨基磺酸盐等作为主要组成成分。经过改良后的减水剂，整体上对混凝土工程施工过程中的力学性能有所提升，但是也存在一些小问题。第三种就是现阶段市面上流通最广的聚羧酸高性能减水剂，其减水率可以达到25%以上，操作过程中也不会出现危害环境和人体健康的物质，高度符合我国关于发展高性能绿色材料相关精神。

1.2 聚羧酸高性能减水剂与水泥之间的相互影响

聚羧酸高性能减水剂与水泥之间的相互影响大多是由于内部化学物质等组成成分之间发生反应所造成的。而且在水化作用的前期过程中，聚羧酸高性能减水剂将游离的钙离子结合起来，增大水泥颗粒和水的接触面积，使其不断吸附其他例子，从而对水分子起到一定的束缚作用，减少了水化反应的进一步进行。

1.3 聚羧酸高性能减水剂对砂石含泥量的作用原理

聚羧酸高性能减水剂对于实施含泥量的作用较为明显，作用原理可以分为两类，一类是静电排斥理论，一类是空间位阻理论。其中静电排斥理论则是由于静电斥力在水中等液体条件作业的时候，将水泥颗粒进行一定的分散，创造出大量的游离水，来改善混凝土的性质。而空间位阻理论则是利用聚羧酸高性能减水剂中含有的阴离子与泥成分表面的颗粒进行结合，形成一层具有一定厚度的薄膜，来增加分子与泥成分之间的排斥力。其中发挥作用的是聚羧酸高性能减水剂所含有的PEO侧链，PEO侧链在水中延展，使得泥成分颗粒的表面能够产生立体吸附层来阻隔相应颗粒物的聚集和沉淀。而且，PEO侧链的长度越长，对于泥成分颗粒之间的分散作用就越大，整体与空间位阻呈现一种正相关的关系。

2 砂石含泥量对掺聚羧酸减水剂混凝土性能的影响

2.1 混凝土抗压强度指标随含泥量的变化

通过抗压试验测定了在４种不同水灰比条件下５组不同含泥量混凝土试样的抗压强度指标，如表１所示。根据表１绘制如图１的曲线，以便看出混凝土强度指标随含泥量的变化趋势。分析图１可知，含泥量在０．８％—２％范围时，掺聚羧酸高性能减水剂混凝土的抗压强度随含泥量的升高均有波动，曲线较平缓。这说明含泥量在０．８％—２％变化范围内时，混凝土强度随含泥量增大变化不够明显。因此，含泥量在０．８％—２％范围内对掺聚羧酸高性能减水剂混凝土的抗压强度影响不大，有时甚至随含泥量的增大而提高。

原因是黏土对减水剂和水分有吸附能力，正是这一种能力使得黏土把混凝土拌料中一小部分的减水剂和水吸到结构内部或表面，致使拌料中的水泥的分散和水化受到影响。当含泥量较小时，黏土对减水剂和水分的吸附能力较弱，同时黏土在混凝土浆体中比较分散，导致黏土对混凝土的强度影响不大。

此外，随着水泥的水化反应，水泥浆不断变稠、凝结硬化，在硬化的过程中浆体会发生收缩。例如化学收缩，即水泥浆体在水化过程中发生的体积收缩；由环境温湿度变化引起水泥石内部水分的流失而产生的失水收缩；由于干燥和碳化引起的收缩等。这些收缩将会伴随水泥浆体整个水化和凝结硬化过程，随着由收缩引起的微小空洞和隙缝的发展，经过一段时间，水泥浆体会慢慢地被破坏。在这种情况下，少量的泥土颗粒在水泥浆体初期，不仅可以填补刚出现的空洞及微裂缝，使水泥浆体的密实度增加，还可以防止微裂缝的进一步发展。因此，当集料的含泥量较低时，含泥量在一定程度上可以提高混凝土的抗压强度。

含泥量在2%一5%范围时，掺聚梭酸高性能减水剂混凝土的抗压强度随含泥量的增大而降低，曲线较陡。原因是随着含泥量增大，混凝土拌料所含的私土量增多，这时私土不但对减水剂和水分的吸附增强，而且私土会包裹水泥，其所包含的有机物杂质会对水泥的水化反应产生影响，从而在一定程度上减弱了水泥的粘结力；另外由于私土包含矿物的层状结构，使得水分能够进入到结构内部，这种膨胀性、收缩性产生的后果是混凝土试块硬化后收缩变大，试块密实度降低，这种影响随着含泥量增大更为明显。因此，当含泥量高的时候，混凝土抗压强度下降幅度大，混凝土强度随含泥量变化曲线较含泥量低的时候下降更为急剧。

综上所述，含泥量在一定范围内（〈２％）时，掺聚羧酸高性能减水剂混凝土的抗压强度受到的影响不大，或在一定程度上提高混凝土的抗压强度。当含泥量在３％以上时，混凝土抗压强度下降的趋势更为明显。

虽然不同水灰比的混凝土试块的强度值随含泥量的升高而降低，但是不同强度的变化曲线形状仍然存在明显的差异，由此可见混凝土试块强度受到的影响程度不相同。原因可能是聚羧酸减水剂与水灰比的适应性不同，聚羧酸高性能减水剂对不同水灰比的混凝土强度也产生了影响。

表1 混凝土试件抗压强度值

含泥量/%	水灰比
	0.35	0.5	0.45	0.4
0.8	33.3	40.1	46.5	51.8
1.5	34.3	40.5	45.9	52.0
2.0	34.9	42. 2	47.7	52.6
3.0	33.7	39.2	45.3	50.8
5.0	31.2	36.9	42.4	47. 2

2.2 混凝土坍落度指标随含泥量的变化规律

通过试验测定了在聚羧酸高性能减水剂的掺量为２。２％以及不同含泥量、不同水灰比等条件下各混凝土拌合物的坍落度，如表２所示。根据表２中各组混凝土拌合物的坍落度绘制如图２的曲线，以便看出坍落度指标随含泥量的变化趋势。分析图２可知，水灰比分别

为0.5、0.45、0.40、0.35时，掺聚羧酸高性能减水剂混凝土拌合物的坍落度随含泥量变化曲线形状相似，４种水灰比条件下的混凝土拌合物坍落度均随含泥量的增加呈下降趋势。

表2混凝土 Omin坍落度

含泥量《％	水灰比
	0.35	0.5	0.45	0.4
0.8	150	170	200	220
1.5	140	165	190	205
2.0	145	165	195	190
3.0	140	150	170	180
5.0	130	135	150	180

分析其原因，可能有以下几点：

1. 由于泥土很细（粒径小于７５μｍ），对聚羧酸高性能减水剂有较强的吸附作用，会影响其正常发挥作用，效果相当于减少减水剂的用量，致使混凝土拌合物的需水量变大。在水用量保持不变的条件下，混凝土拌合物稠度增加，和易性下降，混凝土的流动性变差。因此，聚羧酸高性能减水剂混凝土拌合物的坍落度随含泥量的增加而减小。

（２）由于泥土颗粒的增加，浆体的表面积也会随之增大，致使需水量变大，在用水量不变的情况下混凝土拌合物的和易性下降，最终使得混凝土的流动性随含泥量增加而降低。由此说明，聚羧酸高性能减水剂混凝土的坍落度会随着含泥量的增加而减小。

（３）虽然泥土的颗粒粒径小于７５μｍ，但仍然比水泥颗粒的粒径大很多，而且泥土颗粒表面比水泥颗粒表面粗糙，浆体内颗粒之间的摩擦力就会增大，因此增大了混凝土拌合物的流动难度，使混凝土拌合物的坍落度减小。

图1混凝土强度随含泥量变化图 图2含泥量对混凝土拌合物流动性的影响

总体上，含泥量在０．８％—３％。时，含泥量对聚羧酸高性能减水剂混凝土拌合物流动性的影响曲线呈平稳下降的趋势；含泥量在３％—５％时，含泥量对聚羧酸高性能减水剂混凝土拌合物的流动性影响曲线的下降趋势加剧。这表明砂子的含泥量在３％以上时，含泥量对聚羧酸高性能减水剂混凝土拌合物流动性的影响变大，可能是由于该阶段聚羧酸高性能减水剂的分散能力下降所致。水灰比（Ｗ／Ｃ）为０．３和０．４的曲线，含泥量在１．５％—２．０％范围内时，减水率随含泥量的上升却略有上升，与预期结果不吻合，可能是由试验误差或数据的离散性造成；总体上仍体现聚羧酸系减水剂对含泥量较为敏感的特性，而且具有混凝土拌合物流动性随含泥量的上升而降低的特点。

3 砂石含泥量对聚羧酸减水剂的适应性

目前市场上的砂分人工砂和天然砂两种，海砂、山砂及河砂属于天然砂，人工砂中含有石粉等对混凝土性能不利的因素，而且价格比河砂高，因此大多使用河砂来制备混凝土。当河砂的颗粒级配达不到要求时，可采用混合砂，即把河砂和人工按一定比例混合使用。经研究发现，砂石中含有泥会对混凝土性能等产生影响。因此，国家标准规定：当混凝土设计强度≤Ｃ２５时，含泥量限值≤５％；当混凝土设计强度在Ｃ５５—Ｃ３０时，含泥量限值≤３％；当混凝土设计强度≥Ｃ６０时，含泥量限值≤２％。在研究含泥量对聚羧酸减水剂影响时，含泥量大多按２％或５％递增，由于所选范围宽，所以反应出来的变化趋势比较明显。本文不仅以考察砂子含泥量对混凝土抗压强度及流动性的影响为目标，也以考察在国家规定范围内的砂子含泥量与聚羧酸系减水剂的相容性为另一目标。从图１和图２可以看出，聚羧酸减水剂性能受到影响大小的波动发生在含泥量为０．８％—２％、２％—３％、３％—５％这３个区域内。含泥量在这３个范围内时，掺聚羧酸减水剂混凝土的抗压强度和坍落度增减比例如表３所示。

表3混凝土抗压强度、坍落度增减比例

抗压强度/MPa 土坍落度/%

	水灰比	0.5	0.45	0.4	0.35		0.5	0.45	0.4	0.35
含	0.8〜2	1.80	5.24	2.58	1.54		-3.33	-2.94	-2.50	-13.64
泥 量	2〜3	-1.75	-3.21	-1.31	-2.31		0.00	- 9. 09	-10.53	-12.20
%	3〜5	-10.60	-12. 56	-11.11	-10.27		-10.34	-18.18	-23.08	- 5. 26

从表３可以看出，从增强效果方面来看，当砂子含泥量为２％时，其与ＥＹ－１聚羧酸高性能减水剂的适应性最好；从流动性方面来看，当含泥量为２％时，虽然混凝土流动性能已经下降，但是总体下降的幅度不大，在３％左右，不会影响混凝土的施工性能。因此，可以认为含泥量为２％时，对ＥＹ－１聚羧酸高性能减水剂的适应性最好。考虑可操作性，在应用时把含泥量控制在２％以下为宜。含泥量超过３％时，每增加１％，混凝土抗压强度减低约５％—６％。

4 结束语

研究了在４种不同水灰比的条件下、不同含泥量对掺聚羧酸高性能减水剂混凝土性能的影响。当含泥量小于２％时，含泥量对掺聚羧酸高性能减水剂混凝土的抗压强度影响不大，有时甚至随含泥量的增大而提高；当含泥量大于２％时，掺聚羧酸高性能减水剂混凝土的抗压强度随含泥量的增大而降低。掺聚羧酸高性能减水剂混凝土的流动性随含泥量的增加呈下降趋势，总体上体现了聚羧酸系减水剂对含泥量较为敏感的特性。含泥量为２％时，与ＥＹ－１聚羧酸高性能减水剂的适应性最好。在工程中，含泥量控制在２％以下为宜。本次试验忽略了含泥量以外其他骨料性状对试验指标的影响，使试验的精度降低，并且在研究砂子含泥量对聚羧酸减水剂性能影响机理时，仅是从宏观的理论进行推断，没有进行微观分析。

参考文献

[1]高性能减水剂的应用及检测[J]. 谢晓芳.  四川建材. 2016（03）

[2]聚羧酸类高性能减水剂发展概况[J]. 黄冠烨,申莉娟,和燕.  福建分析测试. 2002（04）

[3]浅谈聚羧酸混凝土应用技术[J]. 姜维海.  海峡科技与产业. 2018（09）

材料. 2020（05）

[4]不同粘土对聚羧酸减水剂的吸附影响[J]. 邱茂生,周汉章.  商品混凝土. 2019（06）

[5]泥的来源及其对聚羧酸减水剂混凝土性能的影响[J]. 叶梅书,陈剑洪.  商品混凝土. 2019（04）

[6]聚羧酸减水剂在粘土中的插层行为及影响研究进展[J]. 张世城,陈建国,蒋亚清,吴光军,濮琦.  硅酸盐通报. 2018（03）